(57)【要約】【課題】  混合溶液中に含まれる複数の生体成分の濃度を、非侵襲的に精度良く測定することができる濃度測定方法の提供。【解決手段】  工程１で混合溶液の吸光度スペクトルを測定し、工程２では波長８．４μｍから波長８．５μｍまでの波長を含む所定波長領域内の吸光度がゼロとなるように吸光度スペクトルをシフトする。工程３では、測定波長領域に成分数と同数の波長領域λ１，λ２を設定し、シフトした吸光度スペクトルと吸光度＝０のラインとの間の吸光度面積値Ｓ１，Ｓ２を波長領域λ１，λ２毎にそれぞれ算出する。工程４では、各成分物質の濃度と吸光度との相関関係を各測定対象物質毎に設定し、工程５では吸光度面積値Ｓ１，Ｓ２と工程４の相関関係とに基づいて混合溶液中における成分濃度ＳＡ，ＳＢを算出する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の生体成分を測定対象物質として含む混合溶液に赤外光を照射して、フーリエ変換赤外分光法により吸光度を検出して前記混合溶液に含まれる前記複数の測定対象物質の濃度を決定する濃度測定方法であって、
赤外光を前記混合溶液に照射して、前記混合溶液を透過した波長７．５μｍから波長１０μｍまでの測定波長領域の透過赤外光を検出して吸光度スペクトルを取得する第１の工程と、
波長８．４μｍから波長８．５μｍまでの波長を含む所定波長領域内の吸光度がゼロとなるように前記吸光度スペクトルを補正する第２の工程と、
前記測定波長領域に前記測定対象物質の成分数と同数の分割波長領域を設定し、前記補正された吸光度スペクトルと吸光度＝０のラインとの間の吸光度面積値を前記各分割波長領域毎にそれぞれ算出する第３の工程と、
前記測定対象物質の濃度と吸光度との相関関係を各測定対象物質毎に設定する第４の工程と、
前記吸光度面積値と各測定対象物質毎に設定された前記相関関係とに基づいて前記混合溶液中における前記測定対象物質の濃度を算出する第５の工程とを有することを特徴とする濃度測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の濃度測定方法において、
前記検出された吸光度を前記混合溶液の温度に応じて補正することを特徴とする濃度測定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の濃度測定方法において、
前記測定対象物質は生体中の血液成分であって、前記吸光度スペクトルに代えて、測定部位の血流量を変化させることにより得られる変化前後の吸光度スペクトルの差分を用いることを特徴とする濃度測定方法。
【請求項４】
複数の生体成分を測定対象物質として含む混合溶液に赤外光を照射して、透過赤外光量を検出して前記混合溶液に含まれる前記複数の測定対象物質の濃度を決定する濃度測定方法であって、
波長７．５μｍから波長１０μｍまでの測定波長領域に前記測定対象物質の成分数と同数の分割波長領域を設定する第１の工程と、
前記測定対象物質に関する透過赤外光量と吸光度との相関関係を、各測定対象物質毎に、かつ、各分割波長領域毎に設定する第２の工程と、
前記各分割波長領域における前記混合溶液の透過赤外光量をそれぞれ取得し、前記混合溶液に照射された赤外光の入射赤外光量と前記透過赤外光量との比に基づき前記各分割波長領域における前記混合溶液の吸光度を算出する第３の工程と、
前記混合溶液の吸光度と前記相関関係とに基づいて前記混合溶液中における前記測定対象物質の濃度を算出する第４の工程とを有することを特徴とする濃度測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の濃度測定方法において、
前記検出された透過赤外光量を前記混合溶液の温度に応じて補正することを特徴とする濃度測定方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の濃度測定方法において、
前記測定対象物質は生体中の血液成分であって、前記透過赤外光量に代えて、測定部位の血流量を変化させることにより得られる変化前後の透過赤外光量の差分を用いることを特徴とする濃度測定方法。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかに記載の濃度測定方法を用いる濃度測定装置において、
前記各分割波長領域毎にその波長領域の赤外光を透過するフィルタを各々備え、赤外光光源と照射対象との間の光路中に、前記複数のフィルタのいずれか一つを選択的に配設するフィルタ切り替え機構を設けたことを特徴とする濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線の吸収を利用して混合溶液中の各成分の濃度を測定する濃度測定方法および濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、血液を採取せずに非侵襲的に血糖値を測定する方法として、赤外光を患者の耳たぶや手指などの被測定部位に照射して、透過した赤外光を検出することによりグルコースによる赤外光の吸収を測定し、その結果から血糖値を推定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平２００３−４２９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、測定された赤外光の吸収度合いに基づいて血液中に含まれる複数の成分から一成分の濃度を決定する方法については、様々な手法が提案されているが、いずれも正確さの点でまだ不十分な状況にある。さらに、複数の成分を含む混合溶液から各成分の濃度を決定する解析方法については、確かな方法が得られていない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、複数の生体成分を測定対象物質として含む混合溶液に赤外光を照射して、フーリエ変換赤外分光法により吸光度を検出して混合溶液に含まれる複数の測定対象物質の濃度を決定する濃度測定方法であって、赤外光を混合溶液に照射して、混合溶液を透過した波長７．５μｍから波長１０μｍまでの測定波長領域の透過赤外光を検出して吸光度スペクトルを取得する第１の工程と、波長８．４μｍから波長８．５μｍまでの波長を含む所定波長領域内の吸光度がゼロとなるように前記吸光度スペクトルを補正する第２の工程と、測定波長領域に測定対象物質の成分数と同数の分割波長領域を設定し、補正された吸光度スペクトルと吸光度＝０のラインとの間の吸光度面積値を各分割波長領域毎にそれぞれ算出する第３の工程と、測定対象物質の濃度と吸光度との相関関係を各測定対象物質毎に設定する第４の工程と、吸光度面積値と各測定対象物質毎に設定された相関関係とに基づいて混合溶液中における測定対象物質の濃度を算出する第５の工程とを有することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の濃度測定方法において、検出された吸光度を混合溶液の温度に応じて補正するようにしたものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の濃度測定方法において、測定対象物質は生体中の血液成分であって、吸光度スペクトルに代えて、測定部位の血流量を変化させることにより得られる変化前後の吸光度スペクトルの差分を用いることを特徴とする濃度測定方法。
請求項４の発明は、複数の生体成分を測定対象物質として含む混合溶液に赤外光を照射して、透過赤外光量を検出して混合溶液に含まれる複数の測定対象物質の濃度を決定する濃度測定方法であって、波長７．５μｍから波長１０μｍまでの測定波長領域に測定対象物質の成分数と同数の分割波長領域を設定する第１の工程と、測定対象物質に関する透過赤外光量と吸光度との相関関係を、各測定対象物質毎に、かつ、各分割波長領域毎に設定する第２の工程と、各分割波長領域における混合溶液の透過赤外光量をそれぞれ取得し、混合溶液に照射された赤外光の入射赤外光量と透過赤外光量との比に基づき各分割波長領域における混合溶液の吸光度を算出する第３の工程と、混合溶液の吸光度と相関関係とに基づいて混合溶液中における測定対象物質の濃度を算出する第４の工程とを有することを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４に記載の濃度測定方法において、検出された透過赤外光量を混合溶液の温度に応じて補正するようにしたものである。
請求項６の発明は、請求項４または５に記載の濃度測定方法において、測定対象物質は生体中の血液成分であって、透過赤外光量に代えて、測定部位の血流量を変化させることにより得られる変化前後の透過赤外光量の差分を用いることを特徴とする濃度測定方法。
請求項７の発明は、請求項４〜６のいずれかに記載の濃度測定方法を用いる濃度測定装置において、各分割波長領域毎にその波長領域の赤外光を透過するフィルタを各々備え、赤外光光源と照射対象との間の光路中に、複数のフィルタのいずれか一つを選択的に配設するフィルタ切り替え機構を設けたことものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、混合溶液中に含まれる複数の生体成分の濃度を、非侵襲的に精度良く測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１はＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光）を用いて混合溶液試料１の成分濃度を測定する装置の概念図である。ＦＴＩＲ測定装置は試料１に赤外光を照射する赤外光照射部２と、試料１を透過した赤外光を検出する受光部３と、受光部３の出力信号に基づいて分析を行う分析処理部４とを備えている。
【０００８】
赤外光源２０から出射された赤外光２１は干渉計２２に入射する。干渉計２２には、例えばマイケルソン干渉計が用いられる。赤外光２１は干渉計２２のビームスプリッタ２３により２つの赤外光２４，２５に分割される。ビームスプリッタ２３を透過した赤外光２４は干渉計２２に設けられた移動鏡２６で反射された後に、ビームスプリッタ２３により図示右側の試料１方向に反射される。また、ビームスプリッタ２３で反射された赤外光２５は、固定鏡２７で反射された後にビームスプリッタ２３を試料１方向に透過する。
【０００９】
このとき、移動鏡２６および固定鏡２７で反射された赤外光２４，２５はビームスプリッタ２３により合成されて、赤外光２４，２５の位相差に応じた干渉光（インターフェログラム）２８となる。この干渉光２８は測定用の赤外光として試料１に入射し、試料１を透過した赤外光２９が受光部３によって検出される。受光部３からの検出信号は分析処理部４の演算部４０に入力され、演算部４０において後述するような成分濃度演算が行われる。分析処理部４には、演算に必要なデータや演算後のデータ等を記憶するための記憶部４１、測定データや演算結果を表示するための表示部４２などを備えている。
【００１０】
なお、測定対象である試料１は複数の物質を含む混合溶液であり、本実施の形態では混合溶液の主成分はグルコースや乳酸などのような生体成分であるとして説明する。そのため、赤外光の測定範囲は生体成分の測定に適した波長７．５μｍ〜１０μｍとする。
【００１１】
次に、本発明による濃度測定方法について説明する。図２は、グルコース溶液の吸光度スペクトルＳＰ１、乳酸溶液の吸光度スペクトルＳＰ２、およびグルコースと乳酸との混合溶液の吸光度スペクトルＳＰ３を示したものである。符号Ｇで示す波長８．４〜８．５μｍ付近においては、３つの溶液の吸光度がほぼ等しくなっており、グルコースや乳酸の濃度に依らない吸光度領域と考えることができる。
【００１２】
そこで、本実施の形態では波長８．４〜８．５μｍ付近を参照波長とし、そのときの吸光度が０となるように得られた吸光度スペクトルの全体をシフトする。そして、補正後の吸光度スペクトルを用いて濃度分析を行う。補正後の吸光度スペクトルにおいては、グルコース溶液の吸光度スペクトルと乳酸溶液の吸光度スペクトルとの和になっていることが解った。すなわち、吸光度スペクトルに現れるピーク吸光度は溶液中の物質の濃度に比例し、例えば、濃度Ｃの吸光度ピーク値に対して、２倍の濃度２Ｃの吸光度ピーク値は同様に２倍になっている。
【００１３】
本実施の形態では、これらに基づいて次のような手順で各成分濃度の解析を行う。以下では、物質Ａ，Ｂの２成分、例えばグルコースと乳酸の混合溶液の濃度を解析する場合について、図３に示す手順に従って説明する。まず、工程１に示すようにＦＴＩＲ測定により図２のような吸光度スペクトルを取得する。工程２では、波長８．４〜８．５μｍ付近を参照波長としてその吸光度が０となるように吸光度スペクトルをシフトする。図４のスペクトル曲線Ｌは、シフト後の吸光度スペクトルを示したものである。
【００１４】
工程３では、混合溶液の吸光度スペクトルに対して所定の波長領域λ１およびλ２を設定し（図４参照）、それぞれの波長領域λ１，λ２における吸光度面積値Ｓ１，Ｓ２を算出する。所定波長領域λ１，λ２は、濃度測定を対象成分に応じて予め設定され記憶部４１に記憶されている。ここで、吸光度面積値とは、スペクトル曲線Ｌと吸光度０の直線（横軸）との間の面積値を意味する。前述したことから、これらの吸光度面積値Ｓ１，Ｓ２は、物質Ａの吸光度によるものと物質Ｂによるものとの和になっていると考えられる。
【００１５】
上述したように吸光度ピーク値は濃度に比例して増加するので、吸光度面積値も濃度に比例して増加する。そこで、物質Ａの濃度が所定値（増加濃度ΔＡ）だけ増加したとき、波長領域λ１における吸光度面積値の増加量をＡ１とし、波長領域λ２における増加量をＡ２とする。図５（ａ）は増加量Ａ１，Ａ２を示す図である。このとき、濃度の増加量が所定増加濃度ΔＡの２倍の場合には、吸光度面積値はそれぞれ２倍の２Ａ１，２Ａ２となる。
【００１６】
同様に、物質Ｂに関しても、増加濃度ΔＢに対して、波長領域λ１，λ２における吸光度面積値の増加量をＢ１，Ｂ２とする。工程４ではこれらの基準増加量Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を設定する。なお、分析の手順を説明する便宜上、工程４において基準増加量Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を設定するとしているが、実際上は、物質Ａ，Ｂの基準サンプルを使用して基準増加量Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を測定し、測定により得られた値を基準増加量として記憶部４１に予め記憶させておく。
【００１７】
図５（ｂ）は物質Ｂの吸光度面積値の増加量Ｂ１，Ｂ２を示したものであり、当然ながらその形状（吸光スペクトル）は物質Ａとは異なっている。図５（ａ），（ｂ）に示す例では、物質Ａによる赤外光吸収は波長領域λ２で大きく発生し、一方、物質Ｂによる赤外光吸収は波長領域λ１で大きく発生する。
【００１８】
ここで、混合溶液中の物質Ａの濃度がＳＡで、物質Ｂの濃度がＳＢであると仮定し、濃度ＳＡが上述した増加濃度ΔＡのα倍で、濃度ＳＢが増加濃度ΔＢのβ倍であったとする。すなわち、α＝ＳＡ／ΔＡ、β＝ＳＢ／ΔＢであると仮定する。その場合、図４の吸光度スペクトルパターンは、図５（ａ）のパターンをα倍したものと、図５（ｂ）のパターンをβ倍したものとの重ね合わせになっている。
【００１９】
そのため、波長領域λ１の吸光度面積値Ｓ１に関しては、次式（１）が成り立つ。
Ｓ１＝α・Ａ１＋β・Ｂ１    …（１）
同様に、波長領域λ２の吸光度面積値に関しては、次式（２）が成り立つ。
Ｓ２＝α・Ａ２＋β・Ｂ２    …（２）
工程５では、この連立方程式を解くことにより式（３），（４）のようにα、βを求め、このα、βを用いて次式（５），（６）により濃度ＳＡ，ＳＢを算出する。
α＝（Ｂ２・Ｓ１−Ｂ１・Ｓ２）／（Ａ１・Ｂ２−Ａ２・Ｂ１）    …（３）
β＝（Ａ２・Ｓ１−Ａ１・Ｓ２）／（Ｂ１・Ａ２−Ｂ２・Ａ１）    …（４）
ＳＡ＝ΔＡ・α    …（５）
ＳＢ＝ΔＢ・β    …（６）
【００２０】
なお、混合溶液中の成分が３成分（Ａ，Ｂ，Ｃ）の場合には３つの波長領域をλ１，λ２，λ３を設定し、各波長領域λ１〜λ３における増加濃度ΔＡ，ΔＢ，ΔＣを予め求めておく。この場合には、上述したα，βと同様に、増加濃度ΔＡ，ΔＢ，ΔＣに対してα１，α２，α３が与えられ、次式（７）〜（９）から成る連立方程式が成立する。
Ｓ１＝α１・Ａ１＋α２・Ｂ１＋α３・Ｃ１    …（７）
Ｓ２＝α１・Ａ２＋α２・Ｂ２＋α３・Ｃ２    …（８）
Ｓ３＝α１・Ａ３＋α２・Ｂ３＋α３・Ｃ３    …（９）
【００２１】
そして、算出されたα１，α２，α３を用いて、次式（１０）〜（１２）により各成分Ａ，Ｂ，Ｃの濃度ＳＡ，ＳＢ，ＳＣを算出する。４成分以上の場合も同様にして各成分の濃度を算出することができる。
ＳＡ＝ΔＡ・α１    …（１０）
ＳＢ＝ΔＢ・α２    …（１１）
ＳＣ＝ΔＢ・α３    …（１２）
【００２２】
ところで、検査対象が生体内の血液である場合、ＡＴＲ（全反射測定）法による測定が一般的である。ＡＴＲ法では、光学部材として図６（ａ）に示すようなプリズムを用いる。図６（ａ）に示した例では、測定治具５を測定部位である手指Ｆに装着して赤外光測定を行う。測定治具５に設けられたプリズム５１は指Ｆの腹部に密着するように配置されている。プリズム５１は赤外線を通す高屈折率物質で形成されたプリズムである。
【００２３】
プリズム５１の試料面５１ａに対して臨界角以上の入射角度で赤外光（干渉光）２８を入射させ、プリズム５１と試料（指Ｆ）との境界で全反射された赤外光を受光部３に導いて測定する。図６（ｂ）は指Ｆとプリズム５１の試料面５１ａとの境界領域を拡大して示したものである。境界領域においては、赤外光２８はプリズム５１の試料面を抜けて指Ｆのごく表面を通過した後にプリズム５１内に戻る。
【００２４】
測定治具５には、指Ｆの温度を測定する温度センサ５２と、空気圧等により指Ｆに所望の押圧力を作用させるカフ５３が設けられている。カフ５３の押圧力を変えることにより指Ｆを流れる血液の血流量を変化させることができる。人の皮膚の厚さは人によってそれぞれ異なり、血液による赤外光の吸収の度合いを測定する場合には、これらの誤差要因を取り除く必要がある。
【００２５】
カフ５３により血流量を意図的に変化させると、その変化量に応じて赤外光の吸収される度合いも変化する。そのため、この変化量を分析することにより、皮膚の厚さ等に影響されないで血液内の成分（グルコースと乳酸）の濃度を算出することができる。この場合、血流量変化前後についての吸光度スペクトルをそれぞれ測定し、それらの差分を取ることにより上述した図４と同様のスペクトル曲線を得ることができる。そのスペクトル曲線に基づく各成分の濃度の算出方法は図１の測定の場合と同様なので、濃度算出方法の説明は省略する。
【００２６】
また、吸光度測定時の体温を温度センサ５２で計測し、計測された体温に基づいて吸光度スペクトルを補正するようにしても良い。赤外光が吸収される度合いは測定対象の温度によって変化するので、測定された吸光度を体温によって補正処理することによって、より精度の高い濃度測定を行うことができる。この場合、温度によって吸光度がどの程度変化するかの校正曲線を予め作成しておき、この校正曲線に従って吸光度スペクトルのキャリブレーションを行えば良い。
【００２７】
上述した実施の形態では、ＦＴＩＲを用いた吸光度測定データに基づいて各成分の濃度を算出したが、本発明はＦＴＩＲ測定以外の赤外光測定に関しても適用することができる。例えば、図７に示すように透過赤外光の光量を測定する装置を用いて、混合溶液中の各濃度を算出することができる。
【００２８】
図７において、図１と同様の部分には同一符号を付した。図１の装置と同様に赤外光源２０から出射された赤外光２１はビームを一部分岐する分岐素子６８により２つの赤外光２４，２５に分割される。ここでは、分岐素子６８は入射光の一部を反射し、残りを通過するように設定されている。分岐素子６８で反射された赤外光２５は受光部６４により検出される。受光部６４は赤外光の光量に比例した出力信号（出力電圧）を出力し、その出力信号は増幅器６５により増幅された後に分析処理部４の演算部４０に入力される。
【００２９】
一方、分岐素子６８を通過した赤外光２４は試料１に入射する。試料１を透過した赤外光２９は、バンドパスフィルタ６０により所定波長領域λの赤外光だけが透過される。バンドパスフィルタ６０からの透過光は、ライトチョッパ６７を通過して受光部６１により検出される。受光部６１の出力信号は増幅器６２により増幅され、ロックインアンプ６３に入力される。ロックインアンプ６３には、受光部６１に入射する赤外光をオンオフするライトチョッパ６７のオン・オフ信号が参照信号ｆとして入力される。
【００３０】
ロックインアンプ６３では、受光部６１から増幅器６２を介して入力された測定信号に含まれる各種の信号のうち、参照信号周波数と等しい成分のみが検出される。そのため、不要な信号、例えば外乱光として検出される雑音信号が除去されてＳ／Ｎ比の向上を図ることができ、雑音信号に埋もれた微少な信号も測定することができる。ロックインアンプ６３の出力信号は測定信号として演算部４０に入力される。また、試料１には熱電対などの温度センサ６６が装着されており、温度センサ６６の検出信号は演算部４０に入力される。
【００３１】
《単一成分の解析方法》
まず、単一成分の濃度の算出方法について説明する。上述したＦＴＩＲ測定では、吸光度の周波数スペクトルが直接に計測できたが、図７の赤外光測定装置ではバンドパスフィルタ６０で規定される波長領域λにおける透過赤外光の強度が受光部６１により検出される。そのため、波長領域λの赤外光に対して一種類の出力電圧が測定される。
【００３２】
図８は出力電圧Ｖｕを示す図であり、波長領域λの赤外光に関して出力電圧Ｖｕが計測されることを示している。試料１に含まれる単一成分の不明濃度をＮｕとすると、出力電圧Ｖｕは不明濃度Ｎｕにおける波長領域λの赤外光の透過量に対応する電圧であり、電圧Ｖｕを波長領域λにおける透過出力電圧と呼ぶことにする。
【００３３】
上述したように、赤外光源２０の光の一部は分岐素子６８により反射され、残りは分岐素子６８を通過するように構成されているので、増幅器６５から演算部４０に入力される電圧は試料１に入射する赤外光量に対応する電圧値に対応している。したがって、これにより光源２０からの出力光量の変動を補正することができる。以下では、基準となる純水サンプルを透過した際に検出される電圧をＶ０とし、これを入射出力電圧と呼ぶことにする。つまり、予め純水サンプル（濃度なし）試料１に入射させ、そこを透過した赤外光量を測定し、その透過赤外光量に相当する電圧値を入射出力電圧Ｖ０のデータとして記憶部４１に記憶しておく。
【００３４】
予め、基準濃度Ｎｋのサンプルと基準濃度ＮｋよりもΔＮだけ異なる濃度Ｎｈのサンプルを用意して、それらのサンプルの波長領域λにおける透過出力電圧Ｖｋ，Ｖｈを計測し、得られたデータを記憶部４１（図７参照）に記憶させておく。なお、濃度Ｎｈを変化濃度と呼ぶことにする。基準濃度Ｎｋおよび変化濃度Ｎｈのサンプルの吸光度Ａｋ，Ａｈを、計測された入射出力電圧Ｖ０を用いて式（１３）、（１４）により算出する。
Ａｋ＝ｌｏｇ（Ｖ０／Ｖｋ）    …（１３）
Ａｈ＝ｌｏｇ（Ｖ０／Ｖｈ）    …（１４）
【００３５】
また、波長領域λにおける試料１の濃度を不明濃度Ｎｕとおき、この不明濃度Ｎｕの吸光度ＡｕもＡｋ，Ａｈと同様に式（１５）により算出する。
Ａｕ＝ｌｏｇ（Ｖ０／Ｖｕ）    …（１５）
【００３６】
そして、ΔＡ＝Ａｈ−Ａｋとして、Ａｕは次式（１６）のように表すことができる。Ａｕ，ＡｋおよびΔＡの値は測定値から算出することができるので、式（１６）を解くことによりαが求まる。算出されたαを次式（１７）に代入することにより不明濃度Ｎｕが算出される。
Ａｕ＝Ａｋ＋αΔＡ    …（１６）
Ｎｕ＝Ｎｋ＋αΔＮ    …（１７）
【００３７】
なお、温度センサ６６により試料１やその近傍の温度上昇を測定することにより、温度変化と透過出力電圧との関係、すなわち温度変化と受光部６１の透過出力電圧との関係を検出することができる。そのため、温度センサ６６の検出温度に基づいて透過出力電圧を補正することにより、濃度算出の精度向上を図ることができる。また、分岐素子６８で分岐した赤外光２５を受光部６４で検出しているので、赤外光源２０の時間的変動による出力電圧の変化をとらえることができ、補正できる。
【００３８】
なお、検査対象が生体内の血液である場合には、例えば、図９（ａ）に示すような測定治具１５を用いて測定を行えばよい。測定治具１５において、１１５は赤外光源、１１６はバンドパスフィルタ、１１７は受光部であり、それぞれ図７の赤外光源２０、バンドパスフィルタ６０および受光部６１に対応している。その他の構成は測定治具５と同様である。
【００３９】
測定治具１５を用いた赤外光測定の場合も、測定治具５を用いたＦＴＩＲ測定の場合と同様に、カフ５３により血流量を変えて測定を行うことにより、皮膚の厚さなどによる誤差要因を取り除くことができる。また、吸光度測定時の体温を温度センサ５２で計測し、計測された体温に基づいて吸光度スペクトルを補正するようにしても良い。
【００４０】
なお、測定対象（指Ｆ）の厚さによって赤外光の吸収の度合いが変化するので、治具１５は指Ｆを上下に挟むような構造とし、装着した状態では指Ｆの厚さが所定厚さとなるように挟みつける。その結果、測定対象の厚さによる測定値のばらつきを低減できる。また、このとき基準となる入射出力電圧Ｖ０に関しては、赤外光源１１５およびバンドパスフィルタ１１６の組み合わせに関して予めデータを測定しておき、そのデータを記憶部４１に記憶しておいて随時使用する。
【００４１】
《混合成分の解析方法》
次に、試料１が３つの成分Ａ，Ｂ，Ｃを混合した混合溶液である場合の解析方法の手順を、図１０を参照して説明する。
［工程１］
まず、第１の工程では、成分数に対応して３つの波長領域λ１，λ２，λ３を設定する。例えば、図７のバンドバスフィルタ６０として、透過波長領域λ１のバンドバスフィルタ６０Ａ１、透過波長領域λ２のバンドバスフィルタ６０Ａ２および透過波長領域λ３のバンドバスフィルタ６０Ａ３を用意する。
【００４２】
そして、波長領域λ１の透過出力電圧を測定する場合には、バンドバスフィルタ６０Ａ１を各光路に挿入して測定を行う。波長領域λ２，λ３の透過出力電圧を測定する場合も同様に行う。バンドバスフィルタ６０Ａ１〜６０Ａ３の交換方法の一例としては、バンドバスフィルタ６０Ａ１〜６０Ａ３を回転式ターレットに配設して、ターレットを回転することによりフィルタ交換を行わせる。
【００４３】
また、図９（ａ）に示す生体測定用治具１５において複数の成分の濃度を測定する場合にも、図９（ｂ）に示すようなターレット１１８をバンドパスフィルタ１１６の代わりに設ける。ターレット１１８には３つのバンドパスフィルタ１１９ａ，１１９ｂ、１１９ｃが設けられており、ターレット１１８を回転させて波長領域λ１〜λ３に応じたバンドパスフィルタが光路上に配設されるようにすればよい。このようにフィルタ切り替え機構としてターレット１１８を設けることにより、測定作業の軽減を図ることができる。
【００４４】
［工程２］
第２の工程では、各成分Ａ，Ｂ，Ｃに関して、透過赤外光量と吸光度との関係を求める。ここでは、受光部６１から出力される透過出力電圧は受光した透過赤外光量に比例するので、透過出力電圧と吸光度との関係を求める。まず、成分Ａだけを含む基準濃度Ｎａｋのサンプル、および変化濃度Ｎａｈのサンプルを用意し、それぞれに対して波長領域λ１〜λ３における透過出力電圧Ｖａｋ１，Ｖａｋ２，Ｖａｋ３および透過出力電圧Ｖａｈ１，Ｖａｈ２，Ｖａｈ３を測定する。変化濃度Ｎａｈは基準濃度Ｎａｋに対してΔＮａだけ異なる。得られたデータは記憶部４１に記憶する。図１１は透過出力電圧Ｖａｋ１，Ｖａｋ２，Ｖａｋ３および透過出力電圧Ｖａｈ１，Ｖａｈ２，Ｖａｈ３を示す図である。
【００４５】
また、波長領域λ１〜λ３における入射出力電圧Ｖ０１，Ｖ０２，Ｖ０３についてもそれぞれ測定する。測定された透過出力電圧Ｖａｋ１〜Ｖａｋ３，Ｖａｈ１〜Ｖａｈ３および入射出力電圧Ｖ０１〜Ｖ０３を用いて、次式（１８）〜（２３）により吸光度Ａａｋ１〜Ａａｋ３，Ａａｈ１〜Ａａｈ３を算出し、記憶部４１に記憶する。
Ａａｋ１＝ｌｏｇ（Ｖ０１／Ｖａｋ１）    …（１８）
Ａａｋ２＝ｌｏｇ（Ｖ０２／Ｖａｋ２）    …（１９）
Ａａｋ３＝ｌｏｇ（Ｖ０３／Ｖａｋ３）    …（２０）
Ａａｈ１＝ｌｏｇ（Ｖ０１／Ｖａｈ１）    …（２１）
Ａａｈ２＝ｌｏｇ（Ｖ０２／Ｖａｈ２）    …（２２）
Ａａｈ３＝ｌｏｇ（Ｖ０３／Ｖａｈ３）    …（２３）
【００４６】
成分Ｂについても同様であって、成分Ｂだけを含む基準濃度Ｎｂｋのサンプル、および、それに対して濃度がΔＮｂだけ異なる変化濃度Ｎｂｈのサンプルを用意し、それぞれに対して波長領域λ１〜λ３における透過出力電圧Ｖｂｋ１，Ｖｂｋ２，Ｖｂｋ３および透過出力電圧Ｖｂｈ１，Ｖｂｈ２，Ｖｂｈ３をそれぞれ測定する。得られたデータは記憶部４１に記憶する。そして、次式（２４）〜（２９）により吸光度Ａｂｋ１〜Ａｂｋ３，Ａｂｈ１〜Ａｂｈ３を算出し、記憶部４１に記憶する。
Ａｂｋ１＝ｌｏｇ（Ｖ０１／Ｖｂｋ１）    …（２４）
Ａｂｋ２＝ｌｏｇ（Ｖ０２／Ｖｂｋ２）    …（２５）
Ａｂｋ３＝ｌｏｇ（Ｖ０３／Ｖｂｋ３）    …（２６）
Ａｂｈ１＝ｌｏｇ（Ｖ０１／Ｖｂｈ１）    …（２７）
Ａｂｈ２＝ｌｏｇ（Ｖ０２／Ｖｂｈ２）    …（２８）
Ａｂｈ３＝ｌｏｇ（Ｖ０３／Ｖｂｈ３）    …（２９）
【００４７】
成分Ｃについても、成分Ｃだけを含む基準濃度Ｎｃｋのサンプル、および、それに対して濃度がΔＮｃだけことなる変化濃度Ｎｃｈのサンプルを用意し、それぞれに対して波長領域λ１〜λ３における透過出力電圧Ｖｃｋ１，Ｖｃｋ２，Ｖｃｋ３および透過出力電圧Ｖｃｈ１，Ｖｃｈ２，Ｖｃｈ３をそれぞれ測定する。得られたデータは記憶部４１に記憶する。そして、次式（２４）〜（２９）により吸光度Ａｃｋ１〜Ａｃｋ３，Ａｃｈ１〜Ａｃｈ３を算出し、記憶部４１に記憶する。
Ａｃｋ１＝ｌｏｇ（Ｖ０１／Ｖｃｋ１）    …（３０）
Ａｃｋ２＝ｌｏｇ（Ｖ０２／Ｖｃｋ２）    …（３１）
Ａｃｋ３＝ｌｏｇ（Ｖ０３／Ｖｃｋ３）    …（３２）
Ａｃｈ１＝ｌｏｇ（Ｖ０１／Ｖｃｈ１）    …（３３）
Ａｃｈ２＝ｌｏｇ（Ｖ０２／Ｖｃｈ２）    …（３４）
Ａｃｈ３＝ｌｏｇ（Ｖ０３／Ｖｃｈ３）    …（３５）
【００４８】
［工程３］
工程３では、各波長領域λ１，λ２およびλ３における試料１の透過出力電圧を測定する。上述したように透過出力電圧は受光部６１に入射する透過赤外光の光量に比例するので、この測定により、各波長領域λ１，λ２，λ３における透過赤外光量が得られることになる。そして、得られた透過出力電圧に基づいて、各波長領域λ１，λ２，λ３における試料１の吸光度を算出する。
【００４９】
まず、試料１に対してバンドパスフィルタ６０Ａ１，６０Ｂ１を用いて透過出力電圧を測定すると、波長領域λ１における試料１の透過出力電圧Ｖｄ１が得られる。同様に、バンドパスフィルタ６０Ａ２，６０Ｂ２を用いると波長領域λ２における透過出力電圧Ｖｄ２が得られ、バンドパスフィルタ６０Ａ３，６０Ｂ３を用いると波長領域λ３における透過出力電圧Ｖｄ３が得られる。図１２は試料１の波長領域λ１〜λ３における透過出力電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ３を示す図である。
【００５０】
透過出力電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ３と入射出力電圧Ｖ０１〜Ｖ０３とから、次式（３６）〜（３８）により波長領域λ１〜λ３における試料１の吸光度Ａｄ１，Ａｄ２，Ａｄ３を算出する。式（３６）〜（３８）においてＶ０１／Ｖｄｈ１等は入射赤外光量と透過赤外光量との比を表しており、
Ａｄｈ１＝ｌｏｇ（Ｖ０１／Ｖｄｈ１）    …（３６）
Ａｄｈ２＝ｌｏｇ（Ｖ０２／Ｖｄｈ２）    …（３７）
Ａｄｈ３＝ｌｏｇ（Ｖ０３／Ｖｄｈ３）    …（３８）
【００５１】
［工程４］
工程４では、算出された各吸光度に基づいて、試料１中に含まれている成分Ａ，Ｂ，Ｃの各濃度、すなわち不明濃度Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃを算出する。
【００５２】
まず、各波長領域λ１〜λ３における試料１（混合溶液）の吸光度Ａｄ１〜Ａｄ３は、各ａ〜ｃによる吸光度への寄与の和であると考えることができるので、各成分Ａ〜Ｃについて得られたデータを用いて次式（３９）〜（４１）のように表すことができる。なお、各式において、ΔＡｍｎ（ただし、ｍ＝ａ，ｂ，ｃ、ｎ＝１，２，３）は、ΔＡｍｎ＝Ａｍｈｎ−Ａｍｋｎにより算出される値である。
Ａｄｈ１＝（Ａａｋ１＋αΔＡａ１）＋（Ａｂｋ１＋βΔＡｂ１）
＋（Ａｃｋ１＋γΔＡｃ１）  …（３９）
Ａｄｈ２＝（Ａａｋ２＋αΔＡａ２）＋（Ａｂｋ２＋βΔＡｂ２）
＋（Ａｃｋ２＋γΔＡｃ２）  …（４０）
Ａｄｈ３＝（Ａａｋ３＋αΔＡａ３）＋（Ａｂｋ３＋βΔＡｂ３）
＋（Ａｃｋ３＋γΔＡｃ３）  …（４１）
【００５３】
式（３９）〜（４１）の連立方程式を解くことにより、α、βおよびγを得ることができる。そして、算出されたα、β、γを用いることにより、各不明濃度Ｎａ〜Ｎｃを次式（４２）〜（４４）により算出することができる。
ただし、ΔＮａ＝Ｎａｈ−Ｎａｋ、ΔＮｂ＝Ｎｂｈ−Ｎｂｋ、ΔＮｃ＝Ｎｃｈ−Ｎｃｋである。
Ｎａ＝Ｎａｋ＋αΔＮａ    …（４２）
Ｎｂ＝Ｎｂｋ＋βΔＮｂ    …（４２）
Ｎｃ＝Ｎｃｋ＋γΔＮｃ    …（４２）
【００５４】
さらに、成分数が４以上の場合にも、それに対応させて波長領域の分割数を４以上とすることにより、同様の方法で各成分の不明濃度を算出することができる。なお、上述した実施の形態では透過光量を検出して濃度を測定するようにしているが、反射光量を検出して濃度を測定する場合にも本発明を適用することができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】ＦＴＩＲを用いて混合溶液試料１の成分濃度を測定する装置の概念図である。
【図２】吸光度スペクトルＳＰ１，ＳＰ２およびＳＰ３を示す図である。
【図３】ＦＴＩＲ測定における濃度解析手順を示す図である。
【図４】シフト後の吸光度スペクトルを示す図である。
【図５】濃度増加に対応する吸光度面積値を説明する図であり、（ａ）は物質Ａに関するもので、（ｂ）は物質Ｂに関するものである。
【図６】ＡＴＲ法による生体測定を説明する図であり、（ａ）は測定治具５の断面図で、（ｂ）は境界における赤外光２８の反射を説明する図である。
【図７】赤外光測定装置の概略構成を示す図である。
【図８】透過出力電圧を説明する図である。
【図９】測定治具１５を説明する図であり、（ａ）は測定治具１５の断面図で、（ｂ）はターレット１１８を示す図である。
【図１０】赤外光測定装置を用いた場合の濃度解析手順を示す図である。
【図１１】透過出力電圧Ｖａｋ１，Ｖａｋ２，Ｖａｋ３および透過出力電圧Ｖａｈ１，Ｖａｈ２，Ｖａｈ３を示す図である。
【図１２】試料１の波長領域λ１〜λ３における透過出力電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ３を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  試料
２  赤外光照射部
３，６１，６４  受光部
４  分析処理部
５，１５  測定治具
２０，１１５  赤外光源
４０  演算部
４１  記憶部
５１  プリズム
５２，６６  温度センサ
５３  カフ
６０，１１６，１１９ａ，１１９ｂ、１１９ｃ  バンドパスフィルタ
１１８  ターレット
λ，λ１，λ２，λ３  波長領域
【図１】
2005147896.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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